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宋辽金元故事-科学家郭守敬

我国元代在科学技术和文化艺术方面,具有很高的成就。当十三、十四世纪的欧洲还处在“黑暗时代”时,而元代的科学家们却以许多巧思绝人的发明创造,使我国科技水平在世界上居于领先的地位。在元代众多的科学家中,郭守敬最为杰出。

郭守敬(1231—1316年),字若思,顺德邢台(今河北邢台)人。他的祖父郭荣,是个精通五经、算术、水利的专家。郭守敬耳濡目染,从小就喜欢观察自然,探索事物的奥秘,还特别喜欢制作各种器具。祖父见他很有天赋,便将他送到好朋友刘秉忠那儿学习。这刘秉忠“学问渊博,于天文地理律历无不通晓,议论天下事了如指掌”。在其门下,郭守敬大开眼界,学到了许多终身受用的基础知识。

郭守敬观察力敏锐,动手能力很强。在十五六岁时,他得到一份《石本莲花漏图》。“莲花漏”是北宋人燕肃创造的一种计时器,计时准确,但结构复杂。燕肃在创制时,曾留下一幅图样,后来有好多能工巧匠对图样反复研究,却不能琢磨出其中奥妙。未及弱冠的郭守敬动了一番脑筋,竟然摸清了它的原理和内部结构,还照图复制了一具。后来他又得到《尚书璇机图》,就按图用竹篾制成仪器,用土筑成台基,自己观察起星空来了。

郭守敬对水利特别感兴趣,积累了不少这方面的知识。他二十岁那年,邢台地方政府决定修复北郊石桥,想利用过去的桥基,但桥基早已深埋泥淖,确切位置不知所在。正当人们一筹莫展时,郭守敬精心查勘,终于探明了方位,挖出了桥基,为修桥节省了大量的人才和物力。他三十二岁时,老师刘秉忠的朋友张文谦把他郑重地推荐给忽必烈。在接受召见时,郭守敬面陈水利六事,提出对华北平原水利建设的意见。忽必烈大加赞赏,连连点头,当即任命他为提举诸路河渠。次年,他又升任副河渠使,参加各地的水利工程设计。

郭守敬同张文谦一起视察西北地区的水利建设,整治了宁夏一带的大小古渠七八十条,灌溉农田九万多顷。公元1265年,他升任都水少监。他根据对水道的精心测量,提出建议,以大都东面的海平面为基准,参校大都至汴梁地形高低的差别,以期使水利建设更具科学性,实际上这是最早形成和运用了标高(海拔)的概念。在他年过花甲时,他了解到,元大都每年必须从江南运来大量粮食,而南北运输的大运河只通到通州(今北京通县);到通州之后,粮食卸船,改用陆上车辆运输。耗财费力无数,迫切需要修一条从大都到通州的运河。于是他不顾年迈,于公元1293年开始领导兴修这段运河。他对大都附近的地形和水文作了深入细致的勘察,发现大都西北昌平县境内的神山(今凤凰山)山麓有白浮泉,水清量大,西山还有许多小股泉水,可满足运河所需的水源。但问题是,在白浮泉与大都之间有两道河谷低地,比大都低十几米,势必成为水流通向大都的障碍。对于这一看似无法解决的难题,郭守敬拟定了创造性的施工方案:他不是把白浮泉水直接引向东南,相反引向西行,再折向南流,沿西山山麓注入瓮山泊(昆明湖前身)。又以瓮山泊接高梁河(今长河)把水引向大都,蓄水于积水潭(今什刹海),再东南流出文明门(今崇文门北),东下至通州,与大运河相接。既汇合了西山众多小股泉水,增大了水流量,又避开了河谷低地。他又在积水潭到通州之间的河道上设置许多水闸,距闸门半公里处又置斗门,以解决河床坡度过大的问题,保证舟船平稳通过。忽必烈见了这个计划,十分高兴,命令“当速行之”,还让丞相以下官员都准备工具,随时听从郭守敬的调遣。一年半后,这条长一百六十里的运河全部完工了,忽必烈赐名为“通惠河”。这一水利建设,直至清光绪二十七年(1901年)北京与通州的铁路建成前夕,一直是沟通南北的重要水路。

郭守敬在天文学方面的成就更引人注目。元初,使用的是辽、金以来沿用的《大明历》,误差渐大。公元1277年,忽必烈决定制订新的历法,成立了专门机构太史局。郭守敬感到,要制订新历,必须制造精密的天文仪器,他提出:“历之本在于测验,而测验之器莫先于仪表,今司天浑仪,宋皇蹄昃┧造,不与此处天度相符。”他决心自己动手,改造和创制天文仪器。

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